正在閱讀:

大功率充電:乘風起飛,也要安全落地

掃一掃下載界面新聞APP

大功率充電:乘風起飛,也要安全落地

別讓安全成為制約大功率充電落地的那塊短板。

文|車百智庫 陳重山

編輯|阿峰

5分鐘可以做什么?喝一杯咖啡、看一篇文章,或者是給新能源車補能200公里?大功率充電,正成為提升新能源汽車補能效率的重要路徑之一。

2019年,保時捷Taycan在全球首次推出800V高電壓電氣架構,搭載800V直流快充系統(tǒng)并支持350kW大功率快充。隨后,高壓快充路線技術路線迅速得到了車企的青睞。

那邊,先是現(xiàn)代、起亞等國際巨頭陸續(xù)發(fā)布800V平臺。這邊,國產(chǎn)汽車品牌也不甘示弱,搭載高壓快充方案的極狐阿爾法S、阿維塔11、小鵬G9、長城機甲龍、埃安V Plus車型也于2022年內(nèi)陸續(xù)上市。

一時間,大功率快充將大規(guī)模量產(chǎn)落地的聲音不絕于耳,一個“充電像加油一樣方便”的新能源汽車補能體系似乎近在眼前。

圖片來源:西部證券研報

但需要關注的是,大功率快充的實現(xiàn)靠的是一個技術集群的集體支撐,對于新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的每一個環(huán)節(jié)而言,都是“牽一發(fā)而動全身”的大工程。

天風證券在研報中認為,充電倍率的提升,依賴電芯材料、電芯內(nèi)部結構、模組設計方案、電池包設計方案CTP,以及電池管理系統(tǒng) BMS等方面的不斷突破。目前,主流的動力電池包已能支持2C充電倍率,往上提升類似木桶效應,需持續(xù)突破技術短板。  

在諸多“木板”中,安全性無疑是最為重要的那一塊。從新能源汽車的角度來看,頻繁的大功率快充會影響電池壽命和安全,此外,還有高壓化帶來的電機軸承電腐蝕、EMC及絕緣安全等問題。

近日,由中國電動汽車百人會與世界資源研究所聯(lián)合主辦的“大功率充電研究與場景應用”研討會暨百人會第25期研討會在北京舉辦。會上,與會者就大功率充電的安全性相關問題展開了討論。

大功率充電有哪些安全痛點?相關技術發(fā)展情況如何?未來,還能從哪些方面提升大功率充電的安全性?這些都是本文致力于回答的問題。

一、“安全”為何惹人憂?

大功率充電是否安全,曾經(jīng)是一個充滿爭議的話題。

在接受媒體采訪時,原國家新能源汽車創(chuàng)新工程專家組組長王秉剛曾透露,在2018內(nèi)發(fā)生的40多起新能源車火災事故中,超半數(shù)是在新能源車主在使用大功率充電過程中或車輛在大功率充電后發(fā)生的。

“建議廣大新能源車主最好不要使用大功率快充方式為車輛充電,這樣的充電方式有可能會在實際使用過程中帶來一定安全隱患。”王秉剛說。 

那時,王秉剛的擔心不無道理。

有研究顯示,新能源汽車充電過程與充電后一段時間是起火的多發(fā)期。過高的充電電壓或電流都能導致鋰電池電極材料和電解液的穩(wěn)定性降低,更容易造成電池發(fā)熱不均。一旦發(fā)生熱失控,容易引發(fā)火災、爆炸等安全隱患。

2019年,外媒就曾曝出快充網(wǎng)絡運營商Electrify America因為“潛在的安全問題”,暫停了大部分大功率充電樁對外服務的新聞。

在美國加州,Electrify America開設了充電功率為350kW的超快速充電站。投入運營后沒多久,便因為在一個測試充電站發(fā)生大功率充電電纜短路,而暫停了這批大功率充電樁的對外服務。

有分析認為,此次安全問題可能是Electrify America使用的HUBER+SUHNER電纜冷卻系統(tǒng)發(fā)生問題。

Electrify America總裁兼首席執(zhí)行官Giovanni Palazzo表示,出于謹慎的考慮,Electrify America關閉所有使用HUBER+SUHNER電纜的充電樁,直到確認它們能夠安全運行為止。

電芯、電池包管理、電路絕緣、故障下的功能安全、電磁兼容性......一項技術有短板,都會對大功率充電安全帶來挑戰(zhàn)。因此,在很長一段時間內(nèi),安全問題就像一道高墻,成為橫亙在行業(yè)面前的難題。

二、以技術破解安全焦慮

大功率充電安全與否,是一個時論時新的話題。隨著相關技術的不斷突破,大功率充電的安全問題也迎來了新的解決方案。

由華為技術有限公司 、中國電力企業(yè)聯(lián)合會 、中國電動汽車百人會等單位聯(lián)合編制的《中國高壓快充產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2023-2025)》顯示,高壓涉及的絕緣、散熱等技術已突破,可保障用戶安全可靠用車。

其一、大功率快充電池散熱方案已成熟,可有效解決散熱問題。

大功率快充會帶來發(fā)熱量的大幅增加,高壓電池包(Pack)的熱管理至關重要。

在電池包的安全設計上,可以通過應用隔熱性能更高的隔熱材料,例如陶瓷隔熱墊云母板,進行熱擴散防護,在銅排金屬零件表面粘貼絕緣材料(例如陶瓷復合帶、云母紙)來防止高壓打火,以此來提高電池包熱擴散防護能力。

目前,業(yè)界已經(jīng)有成熟的大功率充電電池熱管理方案,可有效解決散熱問題。以某車型的熱管理為例,其水冷板設置在電池箱體下側,可有效隔絕冷卻液與模組,提高電池安全性。

其二、電池管理技術快速升級,可實現(xiàn)全生命周期智能、精準的快充安全保障。

例如,業(yè)界通過構建三維電熱耦合模型,實時估算電芯最高和最低溫度,并及時調節(jié)溫度控制,溫度精度能達到3℃以內(nèi)。電芯工作溫度正常控制在20~40℃,極限工況下嚴格限制電池溫度超過55℃,避免發(fā)生熱失控風險,改善電池的工作環(huán)境,從而提升電池的壽命。

而在云端,云BMS結合大數(shù)據(jù)和機器學習算法,實現(xiàn)高壓快充電池安全升維保障。云BMS可將電動汽車車端BMS和云端相連,實現(xiàn)電池全生命周期數(shù)據(jù)“上云”,并結合在云端的大數(shù)據(jù)及機器學習算法對車輛數(shù)據(jù)進行評估,實現(xiàn)電池的內(nèi)短路及一致性故障告警,電池熱失控及三級故障告警預警等功能。

同時,AI算法深挖電池充電安全邊界,全場景最大化提升充電速度。

從公開信息看,當前華為等零部件企業(yè)已經(jīng)可以根據(jù)電池電化學模型,融合深度神經(jīng)網(wǎng)絡AI算法,結合電池歷史數(shù)據(jù),優(yōu)化電池的充電性能邊界,在不產(chǎn)生析鋰的前提下,實現(xiàn)最大程度的快充。并且結合整車管理和熱管理技術,實現(xiàn)即插即預熱即充,減少充電準備時間。

其三、現(xiàn)有標準、材料及技術可滿足高壓絕緣要求,可有效保障高壓人身安全。

行業(yè)目前從高電壓導致的電弧問題、爬電距離、電氣間隙、絕緣介質等4個方面,來考慮高壓平臺絕緣設計問題。

以爬電距離為例,根IEC60664-1/GB16935.1 標準要求,高壓需要提升爬電距離。在應用層面,各廠家均已有相應解決方案。

比如寧德時代在電池包絕緣能力設計上,通過增大零件之間的電氣間隙和爬電距離,開發(fā)并應用絕緣性能更高的材料,增加絕緣耐壓防護設計來提高電池包的絕緣耐壓等級。

三、安全無止境

大功率充電,安全問題永遠在第一線。用好大功率充電的技術,必須要從根本上保證充電安全。

與單一的電池安全問題相比,新能源汽車充電系統(tǒng)在充電過程中會涉及到能源、車輛、充電的連接裝置、充電的設備以及供電網(wǎng)絡的狀態(tài),是個非常復雜的跨產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)。

因此,技術突破僅僅是一方面。與會者還從安全監(jiān)管、責任判定等多個角度出發(fā),為大功率充電的安全性提升建言獻策。

有專家認為,可以從充電產(chǎn)品全生命周期建立多維度的安全測評體系。

首先,在充電產(chǎn)品出廠的時候,建立滿足高壓大電流的產(chǎn)品安全技術規(guī)范標準,包括進行適配高壓架構的電氣安全測試、環(huán)境安全測試以及電氣兼容測試等。

其次,在高壓充電產(chǎn)品投入使用期間,針對其在復雜多變環(huán)境下長期運行的可靠性,建立相應的可靠性評價標準,包括規(guī)定其輸入電壓、電流、精度、效率、噪音、防水防塵、環(huán)境適應性要求等,從而保障產(chǎn)品高壓穩(wěn)定運行。

同時,針對充電過程頻發(fā)的火災安全事故,制定在運行期間產(chǎn)品的高壓充電安全監(jiān)測及預警機制。

在整個監(jiān)測預警過程中,高壓充電階段的數(shù)據(jù)對支撐產(chǎn)品后市場安全事故分析極為必要。

因此,需要同步規(guī)范基于安全分析的高壓充電產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集、存儲、上傳。比如規(guī)定數(shù)據(jù)存儲的范圍、周期頻率以及明確車樁充電數(shù)據(jù)采集上傳的要求,包括明確充電數(shù)據(jù)上傳方等。

也有車企負責人認為,充電網(wǎng)絡發(fā)展非常迅猛,如雨后春筍一樣出現(xiàn)了成百上千的樁企。不同的設備、不同的年代、不同的技術路線,導致用戶充電過程中發(fā)生的問題,有些時候很難去判定責任。

因此,該車企負責人建議,應該探討出現(xiàn)問題之后數(shù)據(jù)的共享、責任的判定問題,甚至出臺一些金融方案,如保險的方案等。

同時,在充電設備、充電設施的安全架構設計上,整個行業(yè)并沒有形成非常統(tǒng)一的設計思路、選型思路。

“比如像被動器件的響應動作、防護閾值,和車端沒有形成有效的匹配,很多時候車沒事,但充電樁已經(jīng)出現(xiàn)了故障。”該車企負責人建議,應該從預防上著手,盡快建立統(tǒng)一的標準。

【全文參考】

[1]《中國高壓快充產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2023-2025)》

[2]《電動汽車頻頻起火 引工信部高度重視 安全面臨考驗》、北京青年報、吳鵬亮

[3]《超充站闖入新能源汽車推廣“下半場”》,新能源汽車新聞EV,趙瓊

[4]《大咖對話,剖析超級快充發(fā)展現(xiàn)狀與難點》,電子智造業(yè),陳澤香

[5]《電動車呼喚“超充”》,建約車評,張健

本文為轉載內(nèi)容,授權事宜請聯(lián)系原著作權人。

評論

暫無評論哦,快來評價一下吧!

下載界面新聞

微信公眾號

微博

大功率充電:乘風起飛,也要安全落地

別讓安全成為制約大功率充電落地的那塊短板。

文|車百智庫 陳重山

編輯|阿峰

5分鐘可以做什么?喝一杯咖啡、看一篇文章,或者是給新能源車補能200公里?大功率充電,正成為提升新能源汽車補能效率的重要路徑之一。

2019年,保時捷Taycan在全球首次推出800V高電壓電氣架構,搭載800V直流快充系統(tǒng)并支持350kW大功率快充。隨后,高壓快充路線技術路線迅速得到了車企的青睞。

那邊,先是現(xiàn)代、起亞等國際巨頭陸續(xù)發(fā)布800V平臺。這邊,國產(chǎn)汽車品牌也不甘示弱,搭載高壓快充方案的極狐阿爾法S、阿維塔11、小鵬G9、長城機甲龍、埃安V Plus車型也于2022年內(nèi)陸續(xù)上市。

一時間,大功率快充將大規(guī)模量產(chǎn)落地的聲音不絕于耳,一個“充電像加油一樣方便”的新能源汽車補能體系似乎近在眼前。

圖片來源:西部證券研報

但需要關注的是,大功率快充的實現(xiàn)靠的是一個技術集群的集體支撐,對于新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的每一個環(huán)節(jié)而言,都是“牽一發(fā)而動全身”的大工程。

天風證券在研報中認為,充電倍率的提升,依賴電芯材料、電芯內(nèi)部結構、模組設計方案、電池包設計方案CTP,以及電池管理系統(tǒng) BMS等方面的不斷突破。目前,主流的動力電池包已能支持2C充電倍率,往上提升類似木桶效應,需持續(xù)突破技術短板。  

在諸多“木板”中,安全性無疑是最為重要的那一塊。從新能源汽車的角度來看,頻繁的大功率快充會影響電池壽命和安全,此外,還有高壓化帶來的電機軸承電腐蝕、EMC及絕緣安全等問題。

近日,由中國電動汽車百人會與世界資源研究所聯(lián)合主辦的“大功率充電研究與場景應用”研討會暨百人會第25期研討會在北京舉辦。會上,與會者就大功率充電的安全性相關問題展開了討論。

大功率充電有哪些安全痛點?相關技術發(fā)展情況如何?未來,還能從哪些方面提升大功率充電的安全性?這些都是本文致力于回答的問題。

一、“安全”為何惹人憂?

大功率充電是否安全,曾經(jīng)是一個充滿爭議的話題。

在接受媒體采訪時,原國家新能源汽車創(chuàng)新工程專家組組長王秉剛曾透露,在2018內(nèi)發(fā)生的40多起新能源車火災事故中,超半數(shù)是在新能源車主在使用大功率充電過程中或車輛在大功率充電后發(fā)生的。

“建議廣大新能源車主最好不要使用大功率快充方式為車輛充電,這樣的充電方式有可能會在實際使用過程中帶來一定安全隱患?!蓖醣鼊傉f。 

那時,王秉剛的擔心不無道理。

有研究顯示,新能源汽車充電過程與充電后一段時間是起火的多發(fā)期。過高的充電電壓或電流都能導致鋰電池電極材料和電解液的穩(wěn)定性降低,更容易造成電池發(fā)熱不均。一旦發(fā)生熱失控,容易引發(fā)火災、爆炸等安全隱患。

2019年,外媒就曾曝出快充網(wǎng)絡運營商Electrify America因為“潛在的安全問題”,暫停了大部分大功率充電樁對外服務的新聞。

在美國加州,Electrify America開設了充電功率為350kW的超快速充電站。投入運營后沒多久,便因為在一個測試充電站發(fā)生大功率充電電纜短路,而暫停了這批大功率充電樁的對外服務。

有分析認為,此次安全問題可能是Electrify America使用的HUBER+SUHNER電纜冷卻系統(tǒng)發(fā)生問題。

Electrify America總裁兼首席執(zhí)行官Giovanni Palazzo表示,出于謹慎的考慮,Electrify America關閉所有使用HUBER+SUHNER電纜的充電樁,直到確認它們能夠安全運行為止。

電芯、電池包管理、電路絕緣、故障下的功能安全、電磁兼容性......一項技術有短板,都會對大功率充電安全帶來挑戰(zhàn)。因此,在很長一段時間內(nèi),安全問題就像一道高墻,成為橫亙在行業(yè)面前的難題。

二、以技術破解安全焦慮

大功率充電安全與否,是一個時論時新的話題。隨著相關技術的不斷突破,大功率充電的安全問題也迎來了新的解決方案。

由華為技術有限公司 、中國電力企業(yè)聯(lián)合會 、中國電動汽車百人會等單位聯(lián)合編制的《中國高壓快充產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2023-2025)》顯示,高壓涉及的絕緣、散熱等技術已突破,可保障用戶安全可靠用車。

其一、大功率快充電池散熱方案已成熟,可有效解決散熱問題。

大功率快充會帶來發(fā)熱量的大幅增加,高壓電池包(Pack)的熱管理至關重要。

在電池包的安全設計上,可以通過應用隔熱性能更高的隔熱材料,例如陶瓷隔熱墊云母板,進行熱擴散防護,在銅排金屬零件表面粘貼絕緣材料(例如陶瓷復合帶、云母紙)來防止高壓打火,以此來提高電池包熱擴散防護能力。

目前,業(yè)界已經(jīng)有成熟的大功率充電電池熱管理方案,可有效解決散熱問題。以某車型的熱管理為例,其水冷板設置在電池箱體下側,可有效隔絕冷卻液與模組,提高電池安全性。

其二、電池管理技術快速升級,可實現(xiàn)全生命周期智能、精準的快充安全保障。

例如,業(yè)界通過構建三維電熱耦合模型,實時估算電芯最高和最低溫度,并及時調節(jié)溫度控制,溫度精度能達到3℃以內(nèi)。電芯工作溫度正??刂圃?0~40℃,極限工況下嚴格限制電池溫度超過55℃,避免發(fā)生熱失控風險,改善電池的工作環(huán)境,從而提升電池的壽命。

而在云端,云BMS結合大數(shù)據(jù)和機器學習算法,實現(xiàn)高壓快充電池安全升維保障。云BMS可將電動汽車車端BMS和云端相連,實現(xiàn)電池全生命周期數(shù)據(jù)“上云”,并結合在云端的大數(shù)據(jù)及機器學習算法對車輛數(shù)據(jù)進行評估,實現(xiàn)電池的內(nèi)短路及一致性故障告警,電池熱失控及三級故障告警預警等功能。

同時,AI算法深挖電池充電安全邊界,全場景最大化提升充電速度。

從公開信息看,當前華為等零部件企業(yè)已經(jīng)可以根據(jù)電池電化學模型,融合深度神經(jīng)網(wǎng)絡AI算法,結合電池歷史數(shù)據(jù),優(yōu)化電池的充電性能邊界,在不產(chǎn)生析鋰的前提下,實現(xiàn)最大程度的快充。并且結合整車管理和熱管理技術,實現(xiàn)即插即預熱即充,減少充電準備時間。

其三、現(xiàn)有標準、材料及技術可滿足高壓絕緣要求,可有效保障高壓人身安全。

行業(yè)目前從高電壓導致的電弧問題、爬電距離、電氣間隙、絕緣介質等4個方面,來考慮高壓平臺絕緣設計問題。

以爬電距離為例,根IEC60664-1/GB16935.1 標準要求,高壓需要提升爬電距離。在應用層面,各廠家均已有相應解決方案。

比如寧德時代在電池包絕緣能力設計上,通過增大零件之間的電氣間隙和爬電距離,開發(fā)并應用絕緣性能更高的材料,增加絕緣耐壓防護設計來提高電池包的絕緣耐壓等級。

三、安全無止境

大功率充電,安全問題永遠在第一線。用好大功率充電的技術,必須要從根本上保證充電安全。

與單一的電池安全問題相比,新能源汽車充電系統(tǒng)在充電過程中會涉及到能源、車輛、充電的連接裝置、充電的設備以及供電網(wǎng)絡的狀態(tài),是個非常復雜的跨產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)。

因此,技術突破僅僅是一方面。與會者還從安全監(jiān)管、責任判定等多個角度出發(fā),為大功率充電的安全性提升建言獻策。

有專家認為,可以從充電產(chǎn)品全生命周期建立多維度的安全測評體系。

首先,在充電產(chǎn)品出廠的時候,建立滿足高壓大電流的產(chǎn)品安全技術規(guī)范標準,包括進行適配高壓架構的電氣安全測試、環(huán)境安全測試以及電氣兼容測試等。

其次,在高壓充電產(chǎn)品投入使用期間,針對其在復雜多變環(huán)境下長期運行的可靠性,建立相應的可靠性評價標準,包括規(guī)定其輸入電壓、電流、精度、效率、噪音、防水防塵、環(huán)境適應性要求等,從而保障產(chǎn)品高壓穩(wěn)定運行。

同時,針對充電過程頻發(fā)的火災安全事故,制定在運行期間產(chǎn)品的高壓充電安全監(jiān)測及預警機制。

在整個監(jiān)測預警過程中,高壓充電階段的數(shù)據(jù)對支撐產(chǎn)品后市場安全事故分析極為必要。

因此,需要同步規(guī)范基于安全分析的高壓充電產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集、存儲、上傳。比如規(guī)定數(shù)據(jù)存儲的范圍、周期頻率以及明確車樁充電數(shù)據(jù)采集上傳的要求,包括明確充電數(shù)據(jù)上傳方等。

也有車企負責人認為,充電網(wǎng)絡發(fā)展非常迅猛,如雨后春筍一樣出現(xiàn)了成百上千的樁企。不同的設備、不同的年代、不同的技術路線,導致用戶充電過程中發(fā)生的問題,有些時候很難去判定責任。

因此,該車企負責人建議,應該探討出現(xiàn)問題之后數(shù)據(jù)的共享、責任的判定問題,甚至出臺一些金融方案,如保險的方案等。

同時,在充電設備、充電設施的安全架構設計上,整個行業(yè)并沒有形成非常統(tǒng)一的設計思路、選型思路。

“比如像被動器件的響應動作、防護閾值,和車端沒有形成有效的匹配,很多時候車沒事,但充電樁已經(jīng)出現(xiàn)了故障?!痹撥嚻筘撠熑私ㄗh,應該從預防上著手,盡快建立統(tǒng)一的標準。

【全文參考】

[1]《中國高壓快充產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2023-2025)》

[2]《電動汽車頻頻起火 引工信部高度重視 安全面臨考驗》、北京青年報、吳鵬亮

[3]《超充站闖入新能源汽車推廣“下半場”》,新能源汽車新聞EV,趙瓊

[4]《大咖對話,剖析超級快充發(fā)展現(xiàn)狀與難點》,電子智造業(yè),陳澤香

[5]《電動車呼喚“超充”》,建約車評,張健

本文為轉載內(nèi)容,授權事宜請聯(lián)系原著作權人。